硝普钠添加对碱胁迫下萌发期水稻碳氮代谢的影响

【目的】施加外源硝普纳(sodium nitroprusside,SNP)可有效缓解水稻碱胁迫伤害。本研究通过比较不同碱敏感性水稻品种萌发及碳氮代谢相关指标的差异,探讨碱胁迫下外源SNP添加对萌发期水稻碳氮代谢的影响,为盐碱地水稻种植提供参考。【方法】以碱敏感品种中花11(ZH11)和耐碱品种宁粳52(NG52)为试验材料,在混合碱胁迫[alkali stress(AS),即20 mmol/L CO_(3)^(2-)和HCO_(3)^(-)等比例混合液,pH 10.50]下,设置不同SNP浓度(0、10、30、50、70、100μmol/L)浸种处理,通过测定萌发期关键生长指标,以筛选SNP最适浓度。结果显示碱胁迫下不同浓度外源SNP影响了水稻萌发,其中,30μmol/L SNP处理显著增加了水稻的发芽指数,促进了水稻萌发。进一步设置CK(control)、SNP(30μmol/L)、AS(20 mmol/L)、AS+SNP(20 mmol/L AS+30μmol/L SNP)4个处理,分析它们对萌发期碱敏感差异水稻碳氮代谢的影响。【结果】1)在碳代谢方面,与AS处理相比,AS+SNP处理下ZH11和NG52中蔗糖含量显著降低。其中,NG52中蔗糖含量显著低于ZH11,而其蔗糖合成基因(OsNIN1)和葡萄糖合成基因(OsSPS1、OsSPS11)的表达量显著高于ZH11。2)在氮代谢方面,与AS处理相比,AS+SNP处理显著增加了2个品种中苹果酸、柠檬酸、一氧化氮含量,硝酸还原酶、S-亚硝基谷胱甘肽还原酶活性以及OsNR2、OsGSNOR1基因表达,降低了NO3-和氧化型谷胱甘肽含量,提高了脯氨酸水平。其中,NG52中苹果酸、柠檬酸、一氧化氮、脯氨酸、氧化型谷胱甘肽含量,S-亚硝基谷胱甘肽还原酶活性以及OsNR1.2、OsGSNOR1的表达量均显著高于ZH11。3)相关分析和主成分分析结果显示,葡萄糖和蔗糖合成酶基因(OsNIN1)分别与苹果酸、柠檬酸、脯氨酸和一氧化氮呈显著正相关,葡萄糖、果糖、一氧化氮、亚硝基谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽可能是影响碳氮代谢相互协调的关键指标。【结论】施加30μmol/L SNP可促进碱胁迫下水稻体内蔗糖分解和有机酸的积累,增强硝酸还原酶和S-亚硝基谷胱甘肽还原酶活性,提高有机氮含量,促进碳代谢向氮代谢转化,维持碱胁迫下萌发期水稻碳氮代谢的正常进行。

干旱对不同水稻萌发种子中逆境生理及相应基因表达的影响

为揭示萌发期不同水稻的抗旱性机理,以水稻旱敏感材料(Calrose、京宁10号、山形86)和抗旱性材料(Farry、松粳3号、宁粳36)为研究对象,开展了模拟干旱胁迫(15%PEG-6000)对不同水稻萌发种子生长指标、生理指标及相应基因表达量的影响研究。结果表明:正常条件下,旱敏感和抗旱性材料萌发种子各生长指标、抗逆相关基因表达量之间无显著差异;但生理指标有明显变化,表现为不同材料间超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖(SS)和过氧化氢(H 2O 2)含量无显著差异,旱敏感性材料山形86的丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O 2-·)含量显著高于其他材料;抗旱性材料宁粳36的过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)含量显著高于其他材料。干旱胁迫下,相比于旱敏感性材料,抗旱性材料萌发种子的相对发芽势(RGP)、相对芽长(RSL)、萌发期抗旱指数(GDRI)和活力指数(VI)分别增加了0.03~0.07百分点,0.32~0.39百分点,0.12~0.18百分点和92.41%~108.39%;抗旱性材料萌发种子中MDA和活性氧(O_(2)^(-)·、H_(2)O_(2))含量分别降低了2.54%~61.64%,19.60%~46.30%和35.61%~62.02%;渗透调节物质(Pro、SS、SP)含量分别增加了5.93%~18.29%,1.08%~7.97%和3.47%~6.03%;抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性分别提高17.29%~33.12%,15.24%~76.06%和14.68%~18.61%;脯氨酸合成关键基因OsP5CS、抗氧化酶合成基因(OsALM1、OsPOX1、OsCATC)的相对表达量分别上调了2.66%~182.31%,57.14%~513.27%,0.38%~109.06%和63.39%~184.25%。综合分析表明,干旱胁迫抑制了水稻种子的萌发,影响了萌发期种子中的生理特性及其相应基因的表达。干旱胁迫下,无论是抗旱性材料还是旱敏感性材料,活力指数(VI)、过氧化物酶(POD)以及过氧化物酶合成基因(OsPOX1)是影响水稻种子萌发的关键指标。除以上指标外,可溶性蛋白(SP)、脯氨酸合成基因(OsP5CS)、过氧化氢酶基因(OsCATC)是影响抗旱性材料的其他关键指标,相对芽长(RSL)、过氧化氢(H 2O 2)、超氧化物歧化酶基因(OsALM1)是影响旱敏感性材料的其他关键指标。

外源物调节碱胁迫水稻生理特性及相关基因表达的效应

【目的】碱性盐含量高是碱化土壤中制约水稻生长发育的主要障碍因子。研究3种常用外源植物调节物对碱胁迫下水稻幼苗生长、生理特性及相关基因表达的调节效应,以筛选可缓解水稻受碱胁迫的外源调节物。【方法】试验采用水培方法,供试水稻品种为‘中花11’,外源调节物为甜菜碱(GB)、硝普钠(SNP)和褪黑素(MT)。以正常营养液为对照(CK),以CO_(3)^(2-)和HCO_(3)^(-)浓度为20 mmol/L、pH 8.65的碱性营养液为碱胁迫处理(AS)。水稻幼苗生长至21天后,在CK和AS条件下,分别喷施蒸馏水(DW)、GB、SNP和MT,共8个处理。连续处理3天后收获,测定表型、生理指标及基因表达量。采用主成分分析、隶属函数结合权重综合评价等方法,评价外源调节物对水稻碱胁迫伤害的缓解效应。【结果】与AS+DW处理相比,AS+GB、AS+SNP和AS+MT处理均显著降低了叶片卷曲度,提高了幼苗存活率,增加了地上部和根部的干鲜重;显著降低了水稻幼苗丙二醛(MDA)和活性氧(H_(2)O_(2)、■)含量,明显提高了脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量,显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性;显著提高了脯氨酸合成酶基因OsP5CS和抗氧化酶合成基因OsCu/Zn-SOD、OsCATC和OsPOX1的表达水平。碱胁迫下,喷施外源调节物对水稻体内内源GB、NO和MT相关合成酶基因表达水平也产生了显著影响,其中,SNP显著降低了OsNOA1基因的表达水平,提高了Os NIA2基因的表达水平;MT显著提高Os ASMT1基因的表达水平,降低Os SNAT基因的表达水平;而GB显著降低了OsBADH1和OsCMO基因的表达水平。相关性分析结果表明,OsCu/Zn-SOD与SOD、CAT活性和地上部鲜重呈显著正相关,SOD活性与地上部鲜重呈显著正相关,OsP5CS与Pro含量、地上部干重呈显著正相关;H_(2)O_(2)和■含量与Os Cu/Zn-SOD表达水平、SOD活性和地上部鲜重呈显著负相关,H_(2)O_(2)含量与叶片卷曲度呈显著正相关,■与SS含量呈显著负相关。主成分分析将16个测定指标综合成6个主成分因子,6个主成分的累计贡献率达87.91%。通过隶属函数结合权重法进行综合评价,发现SNP处理的D值最大,其次是GB处理,MT处理的D值最小。【结论】甜菜碱、硝普钠和褪黑素这3种外源物均能通过调节水稻幼苗形态、生理特性及基因表达的变化,从而缓解水稻碱胁迫伤害并增强水稻的耐碱性,其中,硝普钠的缓解效应最大,甜菜碱次之,褪黑素最小。

不同土壤调理剂配施对连作压砂田土壤质量及西瓜品质的影响

针对我国西北地区连作压砂田土壤质量和西瓜品质下降的问题,探索不同土壤调理剂配施对其改良和提升的效果。结果表明,与单施有机肥相比,有机肥分别与矿物类调理剂、复合菌剂配施以及三者复配,均可显著改善连作压砂田的土壤质量,其中有机肥2.25吨/公顷配施矿物类调理剂0.3吨/公顷和复合菌剂为最佳处理,土壤质量综合得分最高,果实中的维生素C、可溶性固形物含量分别提高65.39%和24.81%,有利于西瓜品质提升。